文献速览 | 华中农业大学团队PNAS发文揭开真菌病毒 “以毒攻毒” 防控作物病害的底层逻辑

2026年4月，华中农业大学团队在国际顶级期刊《PNAS》上发表了题为《Mycoviruses confer hypovirulence but enhance antifungal volatile organic compound production in a phytopathogenic fungus》的研究论文。该研究揭示了真菌病毒在削弱植物病原真菌致病力的同时，竟意外增强了其产生抗真菌挥发性化合物的能力，为农业病害的绿色防控提供了全新的生物防治策略与理论依据。

2026年4月，国际顶级学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线发表了题为《Mycoviruses confer hypovirulence but enhance antifungal volatile organic compound production in a phytopathogenic fungus》的研究论文。该研究由华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室团队主导完成。

研究团队在核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）中发现并鉴定了一类全新的RNA病毒——核盘菌泡状病毒1型（SsAShV1），并据此提议建立一个新的病毒科——Shuviridae。研究揭示了一个有趣的生态权衡现象：虽然病毒感染导致真菌对植物的致病力显著下降（弱毒力），但却意外地增强了真菌产生抗真菌挥发性有机化合物（VOCs）的能力。这一发现不仅拓展了我们对真菌病毒多样性和进化的认识，更为开发基于“病毒介导”的新型生物防治策略提供了宝贵的理论依据和微生物资源。

植物病原真菌是全球粮食安全和农业生产的主要威胁之一。核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）作为一种毁灭性的死体营养型病原菌，能够侵染包括油菜、大豆、向日葵在内的数百种重要经济作物，造成严重的经济损失。传统的化学农药防治不仅面临抗药性增强的问题，还带来了严峻的环境压力。因此，寻找绿色、可持续的病害防控手段迫在眉睫。

真菌病毒（Mycovirus）是一类专门感染真菌的病毒。其中，能够引起真菌宿主“弱毒力”（Hypovirulence）表型的病毒，长期以来被视为生物防治的潜在“利器”。然而，一个长期困扰科学家的难题是：既然病毒降低了真菌的致病性和适合度，为什么这些病毒还能在自然界中广泛存在并持续传播？真菌宿主在感染病毒后，是否获得了某种未知的“生态补偿”优势？为了回答这些问题，谢甲涛和姜道宏团队对一株天然存在的弱毒力核盘菌菌株SCH767进行了深入挖掘，试图解析其背后的分子机制与生态学意义。

本研究采用多组学联合分析与分子生物学实验验证相结合的策略。研究团队首先从弱毒力菌株SCH767中提取dsRNA，利用高通量测序（HTS）技术鉴定共侵染的病毒组分，并通过RACE技术获得病毒全基因组序列。随后，利用生物信息学工具对病毒的系统发育关系、蛋白结构（包括AlphaFold2预测）及分类地位进行了评估。

为了验证病毒的功能，研究团队建立了高效的原生质体转化系统，成功将体外转录的SsAShV1全长RNA及其突变体转染至野生型核盘菌（1980株系）及灰葡萄孢菌（Botrytis cinerea）中，观察其对菌丝生长、菌核形成及致病力的影响。在代谢层面，研究利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术对不同菌株的挥发性有机化合物（VOCs）进行非靶向代谢组学分析，并结合双重培养皿（DDS）实验，评估这些VOCs对多种植物病原真菌的抑制效果。此外，团队还通过原生质体再生技术获得了不同病毒组合的侵染菌株及无病毒菌株，以解析病毒与宿主遗传背景之间的互作关系。

1.菌株SCH767的弱毒力表型及病毒组分鉴定

研究首先对比了弱毒力菌株SCH767与野生型菌株1980的生物学特性。如图1所示，SCH767在PDA培养基上生长缓慢，菌丝分支更加密集（A, B），且无法在油菜叶片上形成典型的病斑（C, F）。值得注意的是，SCH767释放的挥发性化合物（VOCs）显著抑制了多种病原真菌的菌丝生长（G, H）。通过高通量测序，团队在SCH767中鉴定出6种共侵染的真菌病毒，其中一种新型RNA病毒SsAShV1因其独特的基因组结构被选中进行深入研究。

2.SsAShV1的基因组特征与分类地位

研究团队对SsAShV1进行了全基因组测序和结构预测。如图2所示，该病毒基因组为10,749 nt的单链RNA，编码一个包含蛋白酶和RdRP结构域的多聚蛋白。结构模拟显示其RdRP和蛋白酶结构域与感染动物的病毒（如丙肝病毒、诺如病毒）高度相似，但其缺乏典型的病毒衣壳蛋白（Capsid），属于无衣壳病毒。基于这些独特的分子特征，研究团队提议将其归类为一个新的病毒科——Shuviridae。

3.系统发育分析支持建立新科“Shuviridae”

为了确定SsAShV1的进化地位，研究团队进行了大规模的RdRP序列比对和系统发育分析。如图3所示，SsAShV1及其相关病毒（Shuviruses）形成了一个独立于已知病毒门类的明显进化分支。该分支虽然与感染动物的病毒（Pisuviricota）有共同祖先，但在进化上早于其他类群发生分化。基于此，研究提议建立Shuviridae科，下设5个属。

4.SsAShV1诱导弱毒力且依赖3'-UTR结构进行高效复制

通过构建感染性克隆，研究团队成功将SsAShV1转染至野生型真菌中。如图4所示，转染了SsAShV1的真菌表现出明显的生长减缓和致病力丧失（弱毒力）。进一步实验发现，病毒基因组3'端的一段重复序列结构（RCSR）对病毒的复制效率至关重要。删除该结构（SsAShV1L）会导致病毒在核盘菌中复制能力下降，且无法侵染灰葡萄孢菌（B. cinerea），证明了该结构在跨物种传播中的关键作用。

5.宿主遗传背景决定病毒诱导的VOCs产量

研究团队通过原生质体再生技术，获得了不同病毒组合的菌株，以探究VOCs产生的机制。如图5所示，虽然SCH767菌株（携带6种病毒）释放的VOCs能强烈抑制病原菌生长，但将同样的6种病毒转移到野生型菌株1980背景中后，新菌株（1980TR1）并未产生显著的抗真菌VOCs。这表明，宿主的遗传背景（SCH767特有）是病毒发挥“增强代谢”功能的必要条件，病毒与宿主之间存在特定的协同作用。

这项研究不仅在病毒分类学上做出了重要贡献，建立了新的Shuviridae科，更重要的是揭示了一种全新的“生态权衡”策略：真菌病毒通过牺牲宿主对植物的直接致病力，换取了宿主在微生物群落竞争中的化学优势（生产VOCs）。这种“以毒攻毒”且“变废为宝”的机制，为未来的植物病害生物防治提供了全新的思路——我们不仅可以利用弱毒力病毒直接抑制病原真菌的爆发，还可以利用这些被改造的真菌作为“生物熏蒸剂”，利用它们产生的挥发性物质来抑制土壤和环境中的多种病原菌，从而实现对作物的多重保护。

DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2526822123